JP5642222B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、更に詳しくは、内燃機関の排気還流量を推定する排気還流料推定装置を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関（以下、エンジンと称することもある）を好適に制御するためには、エンジンのシリンダに吸入される空気量としてのシリンダ流量を高精度に算出し、シリンダ流量に応じた燃料制御及び点火時期制御を行うことが重要である。燃料制御については、主にシリンダ流量に対して目標空燃比となる燃料量を噴射するようにフィードバック制御できれば概ね良好な制御性が得られるが、点火時期制御については、エンジン回転速度とシリンダに吸入される空気量のみならず、他の要因、例えば、エンジン温度、ノック発生状況、燃料性状、排気還流量（以下、ＥＧＲ量と称する。ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）とシリンダ流量との比である排気還流率（以下、ＥＧＲ率と称する）に応じて出力が最大となる点火進角（以下、ＭＢＴと称する。ＭＢＴ：Minimum Spark Advance for Best Torque）に於いて制御する必要がある。

ＭＢＴに影響のある前述の要因の中でも、例えば、エンジン温度はエンジン冷却水温度センサにより、ノック発生状況はノックセンサにより検出でき、燃料性状はノック発生状況に応じてレギュラーガソリンかハイオクガソリンかを判断することができる。

ところで、ＥＧＲ率については、排気管と吸気管を結ぶ排気還流通路（以下、ＥＧＲ通路と称する）に排気還流弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）を設け、そのＥＧＲ弁の開度に基づいてＥＧＲ量を制御する方法（外部ＥＧＲと称することもある）と、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを可変化する可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴと称する。ＶＶＴ：Variable Valve Timing）を設け、そのＶＶＴの開閉タイミングにより吸気弁と排気弁が同時に開いている状態であるオーバーラップ期間を変えることで、排気がシリンダ内に残留することによるＥＧＲ量を制御する方法（以下、内部ＥＧＲと称することもある）があり、又、これらを同時に用いる場合もある。外部ＥＧＲ制御法によるＥＧＲ率については、ＥＧＲ弁の開度と排気圧力と吸気管内圧力から概ね算出することができる。尚、以下の説明に於いて、単に、ＥＧＲ、ＥＧＲ率と表記した場合は、外部ＥＧＲ、外部ＥＧＲ率を示すものとする。

近年は、エンジンの出力トルクを指標としてエンジン制御を行うことが一般的となっており、この出力トルクを推定する場合に於いても、シリンダ流量とＥＧＲ率に応じて熱効率が変化する。そこで、前述のＭＢＴを算出するためにも、更にはトルクや熱効率を推定するためにも、シリンダ流量とＥＧＲ率を高精度に算出する必要がある。高精度にＥＧＲ率を求めるためには、高精度にＥＧＲ流量を算出する必要がある。

特許文献１には、ＥＧＲ弁の開口面積から求めた排気ガス量とＥＧＲ弁の開口面積指令値とから求めた排気ガス量を基にして、ＥＧＲ流量を算出しＥＧＲ率を推定するＥＧＲ率推定装置が開示されている。特許文献１に開示されている装置は、予め与えられているＥＧＲ弁の開度−流量特性と、ＥＧＲ弁開口面積とを使用して、簡単な構成でＥＧＲ流量の算出が可能である。

特開平７−２７９７７４号公報

特許文献１に開示された従来の装置に場合、経年変化によりＥＧＲ弁の開度特性が変化すると、予め用意した流量特性と実際の流量特性が異なる状態となり、推定精度が低下するという課題がある。又、ＥＧＲ弁は、製品自体の個体差はもちろん、取り付けられたエンジンの状態によっても開度−流量特性が異なることがある。

この発明は、従来の装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、経年変化によりＥＧＲ弁の開度−流量特性が変化しても、精度良くＥＧＲ流量を推定することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関の吸気管に設けられたスロットルバルブを通過して前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出ユニットと、
前記スロットルバルブの下流側の吸気管と前記内燃機関の排気管とを接続する排気還流通路と、
前記排気還流通路を開閉して前記排気還流通路に流れる排気還流量を制御する排気還流弁と、
前記スロットルバルブの下流側の吸気管の内部の圧力を検出する吸気管内圧力検出ユニットと、
前記スロットルバルブの下流側の吸気管から前記内燃機関のシリンダの内部に流入する空気量を示す指標としての体積効率係数を算出する体積効率係数算出ユニットと、
前記吸気管内圧力検出ユニットにより検出した吸気管の内部の圧力と前記体積効率係数算出ユニット二より算出した体積効率係数とに基づいて、前記スロットルバルブの下流側の吸気管から前記シリンダの内部に流入する空気量としてのシリンダ流量を算出するシリンダ流量算出ユニットと、
前記吸入空気量検出ユニットにより検出した前記吸入空気量と、前記シリンダ流量算出ユニットにより算出した前記シリンダ流量とに基づいて、前記排気還流量を算出する排気還流量算出ユニットと、
前記排気還流弁の開度を検出する排気還流弁開度検出ユニットと、
前記排気還流量算出ユニットにより求めた前記排気還流量に基づいて、前記排気還流弁開度検出ユニットにより検出した前記排気還流弁の開度に対応した排気還流弁開口面積を算出する排気還流弁開口面積算出ユニットと、
前記排気還流弁開口面積算出ユニットにより算出した前記排気還流弁開口面積と前記排気還流弁開度検出ユニットにより検出した前記排気還流弁の開度との関係を学習し、前記学習した前記排気還流弁開口面積と前記排気還流弁開度検出ユニットにより検出した前記排気還流弁の開度との関係に基づいて、前記内燃機関の制御に用いる制御用排気還流量を推定する排気還流量推定ユニットと、
を備えたことを特徴とするものである。

この発明による内燃機関の制御装置によれば、煤等の堆積物により流量特性が変化した場合や、経年劣化によりＥＧＲ弁が動作しなくなった場合であっても、ＥＧＲ弁開度−開口面積特性が学習できるため、学習した結果で精度良くＥＧＲ流量を推定することができる。

この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を含む内燃機関の制御システムを概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置のブロック構成図である。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於けるＥＧＲ弁開度学習を実施する動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける体積効率係数マップである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於けるＧＲ弁開度−開口面積マップである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於けるＥＧＲ弁開度−学習値マップである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於けるＥＧＲ流量にフィルタ処理を実施する動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於けるＥＧＲ流量にフィルタ処理を実施した場合のグラフである。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置について詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を含む内燃機関の制御システムを概略的に示す構成図である。図１に於いて、エンジン１の吸気系の上流側に吸入空気量を測定する吸入空気量検出ユニットとしてのエアフロセンサ（以下、ＡＦＳと称する。ＡＦＳ：Air Flow Sensor）２が設けられている。ＡＦＳ２の下流のエンジン１側には、吸入空気量を調整するために電気的に制御することができる電子制御スロットル４が設けられている。

又、電子制御スロットル４の開度を測定するために、スロットル開度センサ３が設けられている。尚、ＡＦＳ２を用いる代わりに、例えば、スロットル開度に基づいて吸入空気量を推定するようにする等、別の吸入空気量を測定するユニットを用いるようにしてもよい。更に、電子制御スロットル４の下流側に設けられているサージタンク５及びインテークマニホールド６内を含む空間（以下、インマニと略称する）の圧力、つまりインマニ圧を測定する吸気管内圧力検出ユニットとしてのインテークマニホールド圧力センサ（以下、インマニ圧センサを略称する）７と、インマニ内の温度（以下、インマニ温と略称する）を測定する吸気温センサ８が設けられている。

尚、インマニ温を計測する吸気温センサ８を設ける代わりに、厳密には異なる温度となるが、近似的に外気を計測する温度センサ、例えば、ＡＦＳ２に内蔵されている温度センサを用い、外気温からインマニ温を推定することもできる。

インテークマニホールド６及びエンジン１のシリンダ内を含む吸気バルブの近傍には、燃料を噴射するためのインジェクタ９が設けられ、更に、バルブタイミングが可変である吸気バルブとしての吸気ＶＶＴ１０と、バルブタイミングが可変である排気バルブとして排気ＶＶＴ１１とが設けられている。更に、エンジン１のシリンダヘッドにはシリンダ内で火花を発生させる点火プラグを駆動するための点火コイル１２が設けられている。エキゾーストマニホールド１３には、図示していない酸素検出ユニットとしてのＯ２センサや、触媒が設けられている。

エキゾーストマニホールド１３とサージタンク５は、排気還流通路（以下、ＥＧＲ通路と称する）１４により接続されている。ＥＧＲ通路１４にはＥＧＲ流量を制御するための排気還流弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）１６が設けられており、このＥＧＲ弁１６の開度は、排気還流弁開度検出ユニットとしてのＥＧＲ弁開度センサ１５により測定される。尚、図１に示す内燃機関の制御システムには、図示していないが、ＥＧＲ通路１４の吸気管側圧力を検出する吸気管側圧力検出ユニットと、ＥＧＲ通路１４の排気管側温度を検出する排気管側温度検出ユニットと、ＥＧＲ通路１４の排気管側圧力を検出する排気管側圧力検出ユニットと、排気管側温度検出ユニットにより検出した排気管側温度に基づいて、排気管側音速を算出する排気管側音速算出ユニットと、排気管側圧力検出ユニットにより検出した排気管側圧力と排気管側温度検出ユニットにより検出した排気管側温度に基づいて、排気管側密度を算出する排気管側密度算出ユニットとが設けられている。

図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置のブロック構成図である。図２に於いて、ＡＦＳ２で測定された吸入空気量Ｑａと、スロットル開度センサ３で測定された電子制御スロットル４の開度θと、インマニ圧センサ７で測定されたインマニ圧Ｐｂと、吸気温センサ８で測定されたインマニ温Ｔｂと、ＥＧＲ弁開度センサ１５で測定されたＥＧＲ弁１６の開度Ｅｓｔと、大気圧センサ１７で測定された大気圧Ｐａは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する。ＥＣＵ：Electric Control Unit）２０に入力される。尚、大気圧を測定する大気圧センサ１７の代わりに、大気圧を推定するユニットを用いても良いし、ＥＣＵに内蔵された大気圧センサを用いても良い。又、前記以外の各種センサ１８（アクセル開度センサやクランク角度センサを含む）からもＥＣＵ２０に測定値が入力される。

ＥＣＵ２０は、体積効率係数Ｋｖを算出する体積効率係数算出ユニット２１と、体積効率係数Ｋｖとインマニ圧Ｐｂ、インマニ温Ｔｂを用いて、シリンダ流量Ｑａ_ａｌｌを算出するシリンダ流量算出ユニット２２と、シリンダ流量Ｑａ_ａｌｌと吸入空気量Ｑａを用いてＥＧＲ流量Ｑａｅを算出するＥＧＲ流量算出ユニット２３と、ＥＧＲ流量Ｑａｅとインマニ温ＴｂからＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒを算出するＥＧＲ弁開口面積算出ユニット２４と、ＥＧＲ弁開度ＥｓｔからＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅを算出するＥＧＲ弁ベース開口面積ユニット２５と、ＥＧＲ弁開口面積ＳｅｇｒとＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅを用いてＥＧＲ弁開口面積学習値Ｋｌｒｎを算出するＥＧＲ弁開口面積学習値算出ユニット２６を備える。体積効率係数算出ユニット２１は、スロットルバルブの下流側の吸気管から前記エンジンのシリンダの内部に流入する空気量を示す指標としての体積効率相当値を算出する体積効率相当値算出ユニットに相当する。

ＥＣＵ２０は、更に、ＥＧＲ弁開度Ｅｓｔに応じてＥＧＲ弁開口面積学習値Ｋｌｒｎを記憶する学習値記憶ユニット２７と、学習値記憶ユニット２７に記憶されたＥＧＲ弁開口面積学習値ＫｌｒｎとＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅから制御用ＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒ_ｃｔｌを算出する制御用ＥＧＲ弁開口面積算出ユニット２８と、制御用ＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒ_ｃｔｌから制御用ＥＧＲ流量Ｑａｅ_ｃｔｌを算出する制御用ＥＧＲ流量算出ユニット２９と、算出されたＱａｅ_ｃｔｌと吸入空気量ＱａからＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出ユニット３０と、算出されたＥＧＲ率に基づいてインジェクタ９及び点火コイル１２等の駆動量を算出する制御量算出ユニット３１を備える。

又、ＥＣＵ２０は、アクセル開度等の入力された各種データに基づいてエンジン１の目標トルクを算出し、この算出した目標トルクを達成する目標シリンダ吸入空気量を算出する。そしてこの目標シリンダ吸入空気量を達成するように目標スロットル開度、目標吸気ＶＶＴ位相角、目標排気ＶＶＴ位相角を算出し、これらを目標値として電子制御スロットル４の開度、吸気ＶＶＴ１０及び排気ＶＶＴ１１の位相角を制御する。更に、その他の各種アクチュエータ１９も必要に応じて制御される。

図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気還流量推定装置に於ける、ＥＧＲ弁開度学習を実施する動作を示すフローチャートであって、所定のクランク角度毎の割り込み処理（例えば、ＢＴＤＣ７５ｄｅｇＣＡ割り込み処理）内で実施される。ＥＣＵ２０内で行われる体積効率係数算出ユニット２１に続く制御用ＥＧＲ流量算出ユニット２９までの処理を、図３に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

図３に於いて、先ず、ステップ３０１では、図２に示す体積効率係数算出ユニット２１により体積効率係数Ｋｖを算出する。この算出は、例えば図４に示したマップから、エンジン回転数Ｎｅと、大気圧Ｐａとインマニ圧Ｐｂとの比に基づいて算出する。即ち、図４は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気還流量推定装置に於ける、体積効率係数マップである。図４に示すマップから、エンジン回転数Ｎｅ＝３０００［ｒ／ｍｉｎ］、 大気圧Ｐａとインマニ圧Ｐｂの比Ｐｂ／Ｐａ＝０．６であれば、体積効率補正係数Ｋｖは「０．９」となる。

体積効率係数Ｋｖはバルブタイミングにより変化するため、通常、可変バルブタイミングの変化に応じてマップが必要になる。吸気バルブ、排気バルブの変化幅を「０」〜「５０」ｄｅｇＣＡとして、「１０」ｄｅｇＣＡ毎にマップを用意すると、［６×６＝３６］枚のマップが必要となる。通常は運転条件による目標バルブタイミングに合わせたマップと、可変バルブタイミングの不作動時のマップの２枚が用意される。勿論、体積効率係数Ｋｖはマップからではなく計算により求めてもよい。

次に、ステップ３０２に進み、シリンダ流量Ｑａ_ａｌｌを体積効率係数Ｋｖとインマニ圧Ｐｂに基づいて下記の式（１）により算出する。この算出は、図２に於けるシリンダ流量算出ユニット２２により実施される。

ここで、Ｑａ_ａｌｌ：シリンダ流量［ｇ／ｓ］、 Ｖｃ：シリンダ容積[Ｌ]、Ｔ（ｎ）：１８０度毎クランク角周期[ｓ]、Ｒ：気体定数[ｋＪ／(ｋｇ・Ｋ)]である。
シリンダ流量Ｑａ_ａｌｌと体積効率係数Ｋｖは、式（１）で表わされるため、体積効率係数Ｋｖが算出されていればシリンダ流量Ｑａ_ａｌｌが算出される。

続いて、ステップ３０３に於いて、ＥＧＲ流量算出ユニット２３によりＥＧＲ流量Ｑａｅを算出する。ステップＳ３０２で求めたシリンダ流量Ｑａ＿ａｌｌと吸入空気量Ｑａの差分がＥＧＲ流量Ｑａｅとなる。続くステップ３０４では、算出したＥＧＲ流量Ｑａｅに対してフィルタ処理、例えば１次遅れフィルタ処理を実施する。この処理は、図２に於けるＥＧＲ流量算出ユニット２３内で実施される。

前述の式（１）の演算に使用されるインマニ圧センサ７等のセンサの出力値は、微小な計測ノイズ成分が混入している場合が多い。従って、式（１）を用いて算出したシリンダ流量Ｑａ_ａｌｌに基づいてＥＧＲ流量Ｑａｅを算出すると、その算出されたＥＧＲ流量Ｑａｅには誤差が含まれている可能性がある。そこで次のステップ３０４に於いて、ステップ３０３で算出したＥＧＲ流量Ｑａｅにフィルタ処理を施し、ＥＧＲ流量Ｑａｅに含まれる計測ノイズ成分を減衰させる。計測ノイズ成分を減衰させた後のＥＧＲ流量Ｑａｅを以降の演算処理に使用することで、センサの持つ微小な検出誤差による影響を取り除くことができる。尚、フィルタ処理の詳細については後述する。

続くステップ３０５では、後述するＥＧＲ弁開度学習禁止フラグの有無を判定する。このステップ３０５での判定は、図２に於けるＥＧＲ弁開口面積算出ユニット２４内で実施される。ステップ３０５での判定の結果、ＥＧＲ弁開度学習禁止フラグがセットされていなければ（ＮＯ）、ＧＲ弁開度の学習が許可されているのでステップ３０６へ進み、学習禁ＥＧＲ弁開度学習禁止フラグがセットされていれば（ＹＥＳ）、ＧＲ弁開度の学習が禁止されているのでステップ３０９へ進む。ＥＧＲ弁開度学習禁止フラグは、例えば水温条件やＥＧＲ弁開度が変化中であればセットされ、水温条件やＥＧＲ弁開度変が変化中でなければセットされない。

ステップ３０６に進むと、ＥＧＲ流量Ｑａｅに基づいてＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒを下記の式（２）により算出する。この算出は、図２に於けるＥＧＲ弁開口面積算出ユニット２４内で実施される。

ここで、Ｓｅｇｒ：ＥＧＲ弁開口面積[ｍｍ^２]、Ｑａｅ：ＥＧＲ流量[ｇ／ｓ]、αｅ：排気管内の音速定数［ｍ／ｓ］、σｅ：無次元流量定数、ρｅ：排気管内の密度定数、である。

ＥＧＲ弁開口面積ＳｅｇｒとＥＧＲ流量Ｑａｅは、前述の式（２）の関係が成り立つため、排気管内の音速定数αｅ、無次元流量定数σｅ、排気管内の密度定数ρｅが求まれば、ＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒが求まる。前述の排気管内の音速定数αｅ［ｍ／ｓ］は、下記の式（３）により定義される。

ここで、κ:比熱比（空気であれば「１.４」）、Ｒ：気体定数[ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）]、Ｔｅｘ：排気管内の温度、である。

排気管内の温度Ｔｅｘは、排気管に温度センサを設置して計測しても良いし、エンジン回転数Ｎｅとエンジン充填効率Ｅｃ（吸入空気量から算出する）のマップ等から算出しても良い。排気管内の音速定数αｅは、排気温度の関数であるので式（３）をＥＣＵ内で計算することなく、予め計算した結果を温度によるマップとして用意しても良い。

尚、気体定数Ｒは、気体に応じた定数であるので、予め定義する。尚、排気管内の気体は燃焼状態により組成が変化するが、簡便のため空気の気体定数を設定しても良いし、燃焼状態を推定し、気体定数Ｒを可変としても良い。

無次元流量定数σｅは、下記の式（４）により定義される。

ここで、κ：比熱比（空気であれば「１.４」）、Ｐｂ：インマニ圧［ｋＰａ］、Ｐｅｘ：排気管内の圧力［ｋＰａ］、である。

尚、排気管内の圧力Ｐｅｘは、排気管に圧力センサを配設し計測しても良いし、エンジン回転数Ｎｅとエンジン充填効率Ｅｃ（吸入空気量より算出）のマップ等から算出しても良い。無次元流量定数σｅは、排気管内の圧力Ｐｅｘとインマニ圧Ｐｂの比の関数であるので、前述の式（４）をＥＣＵ内で計算することなく、排気管内の圧力Ｐｅｘとインマニ圧Ｐｂの比を予め計算して作成したマップを用いるようにしても良い。

排気管内の密度定数ρｅは、下記の式（５）により定義される。

ここで、Ｐｅｘ：排気管内の圧力［ｋＰａ］、Ｒ：気体定数[ｋＪ／（ｋｇ・ｋ）]、Ｔｅｘ：排気管内の温度、である。排気管内の圧力Ｐｅｘ、排気管内の温度Ｔｅｘは、前述の式（３）、式（４）の場合と同様にして求められる。

次に、ステップ３０７では、ＥＧＲ弁開度ＥｓｔからＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅを算出する。ステップ３０７でのＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅの算出は、図２に於けるＥＧＲ弁ベース開口面積算出ユニット２５内で実施される。図５は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気還流量推定装置に於ける、ＧＲ弁開度−開口面積マップである。ステップ３０７では、例えば、図５に示す予め用意したＥＧＲ弁開度−開口面積特性マップを用いてＥＧＲ弁開度ＥｓｔからＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅを算出する。

尚、前述の式（２）で示したとおり、開口面積と流量は比例するため、ＥＧＲ弁開度−流量特性からＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅを求めるようにしても良い。

続くステップ３０８では、ＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅとＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒに基づいてＥＧＲ弁開口面積学習値Ｋｌｒｎを算出する。即ち、ＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅとＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒとの差分を算出するものであり、この算出した差分がＥＧＲ弁開口面積学習値Ｋｌｒｎとなる。ステップ３０８でのＥＧＲ弁開口面積学習値Ｋｌｒｎを算出は、図２に於けるＥＧＲ弁開口面積学習値算出ユニット２６により行われる。

尚、ＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅとＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒの違いが分かるものであれば、これ等の差分ではなく比率やその他の値であっても良い。ＥＧＲ弁開口面積学習値Ｋｌｒｎは、ＥＧＲ弁開度Ｅｓｔに応じた学習領域、即ち、図２に於ける学習値記憶ユニット２７に記憶される。その記憶する値は、ＥＧＲ弁開口面積学習値Ｋｌｒｎそのままの値でも良く、或いは所定のゲインを乗算若しくは加算した値であっても良い。図６はこの発明の実施の形態１による内燃機関の排気還流量推定装置に於ける、ＥＧＲ弁開度−学習値マップである。前述の学習領域の内容は、例えば図６に示すマップのようになる。

前述のように、ＥＧＲ弁開口面積学習値ＫｌｒｎをＥＧＲ弁開度Ｅｓｔに応じた学習領域に記憶することにより細かい学習が可能となり、学習禁止時にも精度の高いＥＧＲ流量推定が可能となる。尚、精度は低下するが、学習領域に記憶せずに計算値をそのまま使用するようにしても良い。

ステップ３０５でのＹＥＳ判定の結果、ステップ３０９に進んだ場合は、ステップ３０７と同様にＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ＿ｂｓｅを算出し、ステップ３１０へ進む。

次に、ステップ３１０では、保存していたＥＧＲ弁開口面積学習値ＫｌｒｎとＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ＿ｂｓｅから制御に使用する制御用ＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒ_ｃｔｌを算出する。ＥＧＲ弁ベース開口面積Ｓｅｇｒ_ｂｓｅとＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒとの差分をＥＧＲ弁開口面積学習値として保存していた場合は、ＥＧＲ弁ベース開口面積にそのＥＧＲ弁開口面積学習値を加算することで制御用ＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒ_ｃｔｌを算出することができる。このＥＧＲ弁ベース開口面積にそのＥＧＲ弁開口面積学習値を加算することで制御用ＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒ_ｃｔｌを算出するステップ３１０での処理構成は、ＥＧＲ弁開口面積学習値算出ユニット２６により算出したＥＧＲ弁開口面積学習値に基づいて、内燃機関の制御に使用する排気還流弁開口面積を補正する開口面積補正ユニットに相当する。ステップ３１０での処理は、図２に於ける制御用ＥＧＲ弁開口面積算出ユニット２８に於いて行われる。

続くステップ３１１では、制御用ＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒ_ｃｔｌから制御に使用する制御用ＥＧＲ流量Ｑａｅ_ｃｔｌを算出する。制御用ＥＧＲ弁開口面積Ｓｅｇｒ_ｃｔｌと制御用ＥＧＲ流量Ｑａｅ_ｃｔｌは、式（２）で示した関係と同様にして制御用ＥＧＲ流量Ｑａｅ_ｃｔｌが求まる。ステップ３１１での処理は、図２に於ける制御用ＥＧＲ流量算出ユニット２９に於いて行われる。

続くステップ３１２で、制御用ＥＧＲ流量Ｑａｅ_ｃｔｌと吸入空気量ＱａからＥＧＲ率を算出し、処理終了となる。ステップ３１２での処理は、図２に於けるＥＧＲ率算出ユニット３０に於いて行われる。

以上述べたように、ＥＧＲ弁開口面積を学習することで、ＥＧＲ弁の経年変化に対応することが可能となり、制御に使用する制御用ＥＧＲ流量を精度良く推定することができ、変動しやすいシリンダ流量とスロットルバルブ通過流量の差分を使用する必要がなくなるという利点を有する。

次に、図３のステップ３０４で行われるフィルタ処理、つまりＥＣＵ２０内で行われるＥＧＲ開口面積算出ユニット２４内の処理について詳細に説明する。図７は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気還流量推定装置に於ける、ＥＧＲ流量にフィルタ処理を実施する動作を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートでの処理は、例えば所定のクランク角度毎の割り込み処理、例えば、ＢＴＤＣ７５ｄｅｇＣＡ毎の割り込み処理、により実施される。

図７に於いて、ステップ７０１では、ＥＧＲ流量算出ユニット２３により前述の図３のステップ３０３で算出したＥＧＲ流量Ｑａｅを取得する。続いて、ステップ７０２により、ＥＧＲ弁開度が前回値に対して所定以上変化していないか否かを判定する。その判定の結果、ＥＧＲ弁開度が前回値に対して所定以上変化していなければ（ＹＥＳ）、ステップ７０３へ進み、変化していれば（ＮＯ）、ステップ７０４へ進む。

ステップ７０３では、前回のＥＧＲ弁開度が前々回のＥＧＲ弁開度に対して所定値以上変化していないか否かを判定する。変化していなければ（ＹＥＳ）、ステップ７０５へ進み、変化していれば（ＮＯ）、ステップ７０４へ進む。ステップ７０４に進んだ場合は、ＥＧＲ弁開度学習禁止フラグをセットし、ステップ７０７へ進む。ステップ７０５に進んだ場合は、ＥＧＲ弁開度学習禁止フラグをクリアし、ステップ７０６へ進む。

ステップ７０６では、前述のＥＧＲ流量算出ユニット２３により求めたＥＧＲ流量Ｑａｅに対してフィルタ処理を下記の式（６）により実施する。

ここで、Ｑａｅｆ（ｎ）：フィルタ後ＥＧＲ流量[ｇ／ｓ]、Ｑａｅ（ｎ）：今回のＥＧＲ流量、Ｑａｅ（ｎ−１）：前回のＥＧＲ流量[ｇ／ｓ]、Ｋ１：フィルタ定数（例えば、「０．９」〜「０．９９」程度の値を用いる）。

式（６）の演算を実施するためには、前回のＥＧＲ流量Ｑａｅ（ｎ−１）が必要となる。そのためステップ７０７に於いて、フィルタ処理結果であるフィルタ後ＥＧＲ流量Ｑａｅｆ（ｎ）を今回のＥＧＲ流量Ｑａｅ（ｎ）として格納する。又、ステップ７０３に於いてＥＧＲ弁開度が所定値以上に変化したと判定（ＮＯ）すると、図７に示すフローチャートに於いては、ステップ７０４にてＥＧＲ弁開度学習禁止フラグがセットされ、フィルタ処理をしていないＥＧＲ流量Ｑａｅ（ｎ）をそのまま格納する。

ステップ７０７でフィルタ処理結果であるフィルタ後ＥＧＲ流量Ｑａｅｆ（ｎ）を今回のＥＧＲ流量Ｑａｅ（ｎ）として格納した後、ステップ７０８に進み、ステップ７０７で格納したＥＧＲ流量を前回値Ｑａｅ（ｎ−１）として記憶する。これにより、ステップ７０６でのフィルタ処理に於いてステップ７０８にて記憶した前回のＥＧＲ流量Ｑａｅ（ｎ）からＥＧＲ流量Ｑａｅ（ｎ−１）を得て、この値を今回の処理に於けるＥＧＲ流量の前回値Ｑａｅ（ｎ−１）として使用することができる。以上述べた図７に示すフィルタ処理により、センサの持つ微小な検出誤差による影響を取り除くことができる。

図８は、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気還流量推定装置に於ける、ＥＧＲ流量にフィルタ処理を実施した場合のグラフであって、横軸は時間、縦軸はＥＧＲ流量を示す。図８に於いて、Ｘ（一点鎖線）はフィルタなしでのＥＧＲ流量、Ｙ（破線）は常時フィルタを適用した場合のＥＧＲ流量、Ｚ（実線）はＥＧＲ開度変化中にフィルタ処理に使用するＥＧＲ流量を毎回更新した場合のＥＧＲ流量を夫々示している。Ｙで示すように常時フィルタ処理を実施した場合、Ｘで示すフィルタ無しのＥＧＲ流量に対して、図中の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に斜線部分に示すような流量の偏差が生じる。

この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲ弁開度変化を検出し、ＥＧＲ弁開度変化中にＥＧＲ弁開度学習を禁止し、フィルタ処理に使用する前回のＥＧＲ流量を更新するようにしているので、図８のＺに示す流量変化となり、前述の斜線部分に示すような流量偏差を少なくすることができ、ＥＧＲ弁開度変化中のＥＧＲ弁開度の誤学習を防止することができる。このように、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気還流量推定装置を用いた場合、図８のような流量の急変時にも対応することが可能となる。

以上述べたように、この発明の実施の形態１による内燃機関の排気還流量推定装置によれば、煤等の堆積物によりＥＧＲ流量特性が変化した場合や、経年劣化によりＥＧＲ弁が動作しなくなった場合であっても、ＥＧＲ弁開度−流量特性（開口面積特性）が学習でき、学習した結果で精度良くＥＧＲ流量を推定することが可能となり、推定したＥＧＲ流量に応じて、各制御量を設定することが可能となる。

尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ エンジン、２ ＡＦＳ、３ スロットル開度センサ、４ 電子制御スロットル、５ サージタンク、６ インテークマニホールド、７ インマニ圧センサ、８ 吸気温センサ、９ インジェクタ、１０ 吸気ＶＶＴ、１１ 排気ＶＶＴ、１２ 点火コイル、１３ エキゾーストマニホールド、１４ ＥＧＲ通路、１５ ＥＧＲ弁開度センサ、１６ ＥＧＲ弁、１７ 大気圧センサ、１８ 各種センサ、１９ 各種アクチュエータ、２０ ＥＣＵ、２１ 体積効率係数算出ユニット、２２ シリンダ流量算出ユニット、２３ ＥＧＲ流量算出ユニット、２４ ＥＧＲ弁開口面積算出ユニット、２５ ＥＧＲ弁ベース開口面積ユニット、２６ ＥＧＲ弁開口面積学習値算出ユニット、２７ 学習値記憶ユニット、２８ 制御用ＥＧＲ弁開口面積算出ユニット、２９ 制御用ＥＧＲ流量算出ユニット、３０ ＥＧＲ率算出ユニット、３１ 制御量算出ユニット

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気管に設けられたスロットルバルブを通過して前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出ユニットと、
   前記スロットルバルブの下流側の吸気管と前記内燃機関の排気管とを接続する排気還流通路と、
   前記排気還流通路を開閉して前記排気還流通路に流れる排気還流量を制御する排気還流弁と、
   前記スロットルバルブの下流側の吸気管の内部の圧力を検出する吸気管内圧力検出ユニットと、
   前記スロットルバルブの下流側の吸気管から前記内燃機関のシリンダの内部に流入する空気量を示す指標としての体積効率係数を算出する体積効率係数算出ユニットと、
   前記吸気管内圧力検出ユニットにより検出した吸気管の内部の圧力と前記体積効率係数算出ユニットにより算出した体積効率係数とに基づいて、前記スロットルバルブの下流側の吸気管から前記シリンダの内部に流入する空気量としてのシリンダ流量を算出するシリンダ流量算出ユニットと、
   前記吸入空気量検出ユニットにより検出した前記吸入空気量と、前記シリンダ流量算出ユニットにより算出した前記シリンダ流量とに基づいて、前記排気還流量を算出する排気還流量算出ユニットと、
   前記排気還流弁の開度を検出する排気還流弁開度検出ユニットと、
   前記排気還流量算出ユニットにより求めた前記排気還流量に基づいて、前記排気還流弁開度検出ユニットにより検出した前記排気還流弁の開度に対応した排気還流弁開口面積を算出する排気還流弁開口面積算出ユニットと、
   前記排気還流弁開口面積算出ユニットにより算出した前記排気還流弁開口面積と前記排気還流弁開度検出ユニットにより検出した前記排気還流弁の開度との関係を学習し、前記学習した前記排気還流弁開口面積と前記排気還流弁開度検出ユニットにより検出した前記排気還流弁の開度との関係に基づいて、前記内燃機関の制御に用いる制御用排気還流量を推定する排気還流量推定ユニットと、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記排気還流通路の吸気管側圧力を検出する吸気管側圧力検出ユニットと、
   前記排気還流通路の排気管側温度を検出する排気管側温度検出ユニットと、
   前記排気還流通路の排気管側圧力を検出する排気管側圧力検出ユニットと、
   前記排気管側温度検出ユニットにより検出した前記排気管側温度に基づいて、排気管側音速を算出する排気管側音速算出ユニットと、
   前記排気管側圧力検出ユニットにより検出した前記排気管側圧力と、前記排気管側温度検出ユニットにより検出した前記排気管側温度に基づいて、排気管側密度を算出する排気管側密度算出ユニットと、
   を備え、
   前記排気還流弁開口面積算出ユニットは、前記排気還流弁の開度と、前記吸気管側圧力検出ユニットにより検出した前記吸気管側圧力と、前記排気管側圧力検出ユニットにより検出した前記排気管側圧力と、前記排気管側音速算出ユニットにより算出した前記排気管側音速と、前記排気管側密度算出ユニットにより算出した前記排気管側密度と、前記排気還流量算出ユニットにより算出された前記排気還流量と、に基づいて前記排気還流弁開口面積を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 排気還流弁ベース開口面積と排気還流弁の開度の関係を示す排気還流弁開度マップに基づいて、前記排気還流弁の開度に対応する前記排気還流弁ベース開口面積を算出する排気還流弁ベース開口面積算出ユニットと、
   前記排気還流弁開口面積と前記排気還流弁ベース開口面積とに基づいて排気還流弁開口面積学習値を算出する排気還流弁開口面積学習値算出ユニットと、
   前記排気還流弁開口面積学習値算出ユニットにより算出した前記排気還流弁開口面積学習値に基づいて、前記内燃機関の制御に使用する排気還流弁開口面積を補正する開口面積補正ユニットとを備えた、
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気還流量算出ユニットにより算出された前記排気還流量に対してフィルタ処理を施すようにした、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記フィルタ処理は、前記排気還流弁の開度が変化中である場合には、前記排気還流弁の開度変化が終了した後に前記排気還流量算出ユニットにより算出された排気還流量を初期値として行なわれる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記排気還流弁の開度に応じて排気還流弁開口面積学習値を記憶する学習値記憶ユニットを備え、
   前記排気還流弁開口面積学習値は、前記排気還流弁の開度に対応したマップとして前記学習値記憶ユニットに記憶される、
   ことを特徴とする請求項３乃至５のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。

Images